[发明专利]一种燃气灶具热平衡测试装置及方法

权利要求书

1.一种燃气灶具热平衡测试装置，包括显示器（1）、计算机（2）、PLC控制器（3）、烟气分析仪（5）、多通道信号变换器（6）、燃气湿式流量计（8）、电磁阀（9）、辐射强度传感器（10）、炉头下端温度传感器（11）、炉头上端温度传感器（12）、水温传感器（13）、烟气温度传感器（14）、被测灶具（15）、烟气采集器（17）、盛水水壶（18）、环境温度传感器（20）和辐射强度传感器支架（26）；其特征在于：所述环境温度传感器（20）安装在水壶（18）所在环境中，烟气温度传感器（14）安装在烟气采集器（17）上，烟气采集器（17）安装在水壶（18）下部烟气流通处，水温传感器（13）固定在水壶（18）盖上面而其探头插入水中，辐射强度传感器（10）安装在水壶（18）下面火焰周围的圆环形支架上，炉头上端温度传感器（12）安装在灶具（15）上端，炉头下端温度传感器（11）安装在灶具（15）底面上；所列环境温度传感器（20）、烟气温度传感器（14）、水温传感器（13）、辐射强度传感器（10）、炉头上端温度传感器（12）、炉头下端温度传感器（11）的输出端经一个多通道信号变换器（6）连接到计算机（2）；所述计算机（2）连接显示器（1）和PLC控制器（3）；PLC控制器（3）连接电磁阀（9）和燃气湿式流量计（8）；所述环境温度传感器（20）、烟气温度传感器（14）、水温传感器（13）、辐射强度传感器（10）、炉头上端温度传感器（12）、炉头下端温度传感器（11）的信号传递到多通道信号变换器（6），多通道信号变换器（6）将其转换为数字信号传送到计算机（2）进行计算；烟气采集器（17）采集烟气后经过烟气成分分析仪（5）测量烟气中CO₂、N₂、O₂、CO、H₂O的成分，传送到计算机（2）进行计算；计算机（2）经过PLC控制器（3）对电磁阀（9）进行控制。

2.根据权利要求1所述的燃气灶具热平衡测试装置，其特征在于所述水温传感器（13）采用热电阻Pt100；所述辐射强度传感器（10）采用RHFS30；所述炉头上端温度传感器（12）和炉头下端温度传感器（11）采用Pt100；所述环境温度传感器（20）采用Pt100；所述烟气温度传感器（41）采用Pt100；所述多通道信号变换器（6）采用SQ2040；所述PLC控制器（3）采用信捷XC3系列PLC；所述烟气分析仪（5）采用西门子testo350加强型烟气分析仪。

3.一种燃气灶具热平衡测试方法，采用根据权利要求1所述的燃气灶具热平衡测试装置进行测试，具体的操作步骤如下：

1）加入设定量的水：

将盛水水壶（18）中加设定量的水，记录所加水的质量，并输入到计算机（2）中；将盛水水壶（18）放在被测量的灶具（15）上；

2）导入参数：

从键盘输入水的比热值，水壶中水的质量；从键盘输入燃气的低位发热值；从键盘将燃气组分的结果输入到计算机（2）中；具体包含：燃气CmHn组分中m值和n值；从键盘上输入炉头厚度，炉头外径，炉头导热系数信息；将平均比热容计算用表中的平均比热容中的数据导入到计算机（2）中；点燃灶具：

  点燃灶具（15）后，计算机（2）按照设定PLC控制器发命令；

 4）热平衡测量：

①测量消耗燃气总热量；

②测量有效吸收热；

③测量烟气热损失；

④测量辐射热损失；

⑤测量传导热损失；

    按照采集周期5分钟，每五分钟重复上述步骤2）-4）一次，直到用户觉得得到平稳的结果为止。

4.根据权利要求3所述的燃气灶具热平衡测试方法，其特征在于按照下列计算方法计算热平衡；

4.1）按照5分钟的采样时间，每5分钟测量燃气流量，并通过测量的消耗燃气体积                                                ，单位m³，以及燃气的低位发热值，单位：MJ/m³，实时估计燃气释放的总热量，单位：kJ；其计算方法为：

                                       

4.2）按照5分钟的采样时间，每5分钟测量水壶中的水温，并与点火前的初始水温比较，获得实时温差，单位 ℃；利用锅中水的质量m，单位kg，水的比热，单位kJ/(kg.℃ )，实时估计有效吸热量，单位kJ；其中，锅中水的质量和水的比热由键盘设置；求取有效吸热量的计算方法为： 

                                    

4.3）按照以下步骤测量烟气热损失：

1）按照5分钟的采样时间，每5分钟测量消耗燃气体积，单位：m³，并根据设定的燃气组分中值和值，按下述公式计算获得理论空气量，单位m³；计算公式如下：

                              

2）按照5分钟的采样时间，每5分钟测量环境温度，并根据步骤1）得到的理论空气量，计算获得理论空气焓，单位kJ；计算公式如下：

                              

3）按照5分钟的采样周期，每5分钟测量烟气成分分析仪测量得到的、、的成分，单位为 %，分别记为，， ；

由此计算得到过量空气系数；计算公式为：

                    

4）按照5分钟的采样周期，每5分钟测量消耗燃气体积，单位：m³，并根据燃气组分的值和值，获得烟气中和的体积，的体积，的体积，单位：m³ ；其计算公式为：

            烟气中和的体积的计算公式为：

                                           

烟气中的体积，单位：m³，其计算公式为：

                                             

烟气中的体积，单位：m³，其计算公式为：

                                    

烟气中的体积，单位：m³，其计算公式为：

                             

获得实际干烟气量和烟气量，单位：m³，其计算公式为：

           获得实际干烟气量的计算公式：

  

           获得烟气量的计为算公式：                                 

                                     

6）按照5分钟采样周期，每5分钟测量烟气温度，单位℃；查附图中表1平均比热容用表，获得烟气中、、、、平均比热容、、、、，单位kJ/(kg.℃ )；按下列公式求干烟气平均比热容：

                           

7）按下列公式求排烟焓，单位kJ：

                                   

8）按下列公式计算排烟热损失，单位kJ：

                                      

4.4）按照采用周期5分钟，每5分钟采样8个辐射强度传感器的辐射强度，  单位kW/m²；每个辐射强度传感器的测量值表示了其所代表的圆柱面部分的辐射强度，因为是均匀布置在圆柱体上，因此每个辐射传感器表示圆柱体侧表面积为：

                                       

基于辐射强度的测量，可计算从测量开始到目前的辐射热损失，单位kJ：

                             

其中：表示采样周期，采样周期为5分钟；为从开始到当前时刻的总采样次数；

4.5）按照采样周期5分钟，每5分钟采样炉头处上侧测点温度，单位⁰C，实测炉头处上侧测点温度，单位⁰C；预先测量炉头厚度H，炉头导热系数（w/cm.k），炉头外径r1（m），并通过键盘输入到计算机；则热传导损失按如下公式计算：

。